Справочная энциклопедия дорожника (том II) Ремонт и содержание автомобильных дорог. Под ред. А.П. Васильева

Подождите немного. Документ загружается.

(от снега), мокрое; температура воздуха -2...-4°С; скорость движения, км/ч: 1 - 40, 2 - 60, 3

- 80 (М. В. Немчинов)

Шероховатость поверхности (в теории трения - текстура) дорожного

покрытия представляет собой совокупность неровностей, не вызывающих

низкочастотных колебаний автомобиля на подвеске и не влияющих на работу

его двигателя. Шероховатость делят на две группы: макро и

микрошероховатость. К макрошероховатости относят неровности длиной

более 2-3 мм и высотой более 0,2-0,3 мм, обычно формируемые частицами

(зернами) щебня, используемого при строительстве покрытий дороги или в

результате специальной его обработки. К микрошероховатости относят

меньшие неровности, как правило, обусловленные собственной

шероховатостью поверхности зерен щебня. По степени шероховатости

поверхности дорожные покрытия разделяют на (по Л.Г. Паниной, Л.Г.

Марьяхину, А.Я. Эрастову, А.П. Васильеву) на семь групп (табл. 7.5).

Таблица 7.5

Классификация дорожных покрытий по шероховатости поверхности

Тип шероховатых покрытий

Параметры шероховатости, мм

Средняя высота выступов Средняя глубина впадин

Гладкие 0,1-0,5 0,02-0,25

мелкошероховатые 0,5-3,0 0,25-2,5

среднешероховатые 3,0-6,0 1,0-5,0

крупношероховатые 6,0-9,0 2,0-7,0

На мелко-, средне- и крупношероховатых покрытиях выделяют:

мелкошипованные 0,5-3,0 1,5-2,5

среднешипованные 3,0-6,0 3,0-5,0

крупношипованные 6,0-9,0 4,5-7,0

Шероховатость поверхности асфальтобетонных покрытий создается путем строительства

шероховатых слоев износа или строительства покрытий из многощебенистых

асфальтобетонных смесей. На цементобетонных покрытиях шероховатость создается в

процессе строительства путём соответствующей обработки поверхности свежеуложенного

бетона.

В процессе эксплуатации покрытия происходит уменьшение - износ

шероховатости его поверхности. Износ проявляется в уменьшении высоты и

шлифовке неровностей шероховатости. На характер и интенсивность этого

процесса влияют: интенсивность движения автомобилей и состав

транспортного потока; размер щебня, использованного для строительства

слоя износа; содержание щебня в асфальтобетонной смеси, погодно-

климатические условия. Уменьшение макрошероховатости покрытия

вызвано воздействием колёс проходящих автомобилей и протекает в два

этапа. На асфальтобетонных покрытиях после открытия движения

транспорта макрошероховатость быстро уменьшается в результате

погружения щебня, формирующего неровности макрошероховатости. Ввиду

небольшой продолжительности первого этапа эффект шлифовки не успевает

проявиться в должной мере. На втором этапе, характеризующемся

замедлением, а затем и прекращением погружения щебня, основной

причиной уменьшения шероховатости покрытия становится шлифовка

неровностей макрошероховатости, в результате которой объём выступающей

части зерен щебня постепенно уменьшается, а сами они приобретают

окатанную форму. Общая закономерность уменьшения макрошероховатости

асфальтобетонного покрытия описывается уравнением:

= a·e

-bM

+ c, где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.16)

- осредненная глубина неровностей макрошероховатости, мм; М -

количество прошедших автомобилей; a, b, c - коэффициенты, зависящие от

размера щебня, твердости покрытия и состава транспортного потока.

Погружение щебня поверхностного слоя покрытия происходит под

воздействием колес проходящих по дороге автомобилей. Чем выше

интенсивность движения и чем больше в транспортном потоке тяжёлых

автомобилей, тем интенсивнее идёт этот процесс. Однако большое значение

имеет и динамическое воздействие колёс на выступы неровностей

шероховатости (табл. 7.6, рис. 7.10).

Таблица 7.6

Влияние интенсивности движения и состава транспортного потока на уменьшение (в %)

макрошероховатости дорожного покрытия. Покрытие - асфальтобетон типа В. Срок

службы покрытия - 1 год (данные проф. М.В. Немчинова)

Номер полосы

движения

Интенсивность движения, авт./сут

(приведённая к нагрузке Н-30)

Уменьшение макрошероховатости, % (за

период наблюдения)

без учёта

легковых

автомобилей

с учётом легковых

автомобилей

1 566 566,22 69,6

2 354 354,6 56,5

3 24 24,2 39,1

Рис. 7.10. Зависимость уменьшения макрошероховатости от числа прошедших

автомобилей при различной крупности щебня:

1 - 5-10 мм (втапливание щебня, начальная глубина впадин макрошероховатости 2,3 мм);

2 - 15-20 мм; 3 - 20-25 мм; 4 - 25-35 мм; 2-4 - поверхностная обработка с начальной

глубиной впадин макрошероховатости 7,5 мм; покрытие - мелкозернистый асфальтобетон

типа В

Твёрдость характеризует сопротивление покрытия погружению щебня,

формирующего неровности макрошероховатости, и оценивается по глубине

погружения иглы специального прибора - твердомера. Установлено, что

уменьшение макрошероховатости слоя износа в результате погружения

щебня линейно связано с глубиной погружения иглы твердомера. В

зависимости от твердости асфальтобетонные покрытия делят на пять групп:

очень твёрдые - с глубиной погружения иглы твердомера 0-2 мм, твёрдые - 2-

5 мм, нормальные - 5-8 мм, мягкие - 8-12 мм, очень мягкие - 12-21 мм.

Твёрдость асфальтобетонных покрытий зависит от содержания щебня в

минеральной части асфальтобетонной смеси: чем больше щебня, тем выше

твёрдость. Однако повышение температуры покрытия приводит к снижению

его твёрдости и, соответственно, к усилению погружения щебня слоя износа

в покрытие под воздействием колёс автомобилей.

Уменьшение микрошероховатости, обусловленное шлифующим

воздействием колёс автомобилей, определяется свойствами исходной горной

породы (зернистостью, количественным и качественным соотношением

минералов в ней, степенью выветрелости породы), количеством абразива на

покрытии (пыли и продуктов износа самого покрытия), наличием воды и

характеристиками транспортного потока. Так же, как и в случае

макрошероховатости, рост интенсивности движения тяжёлых грузовых

автомобилей приводит к ускорению процесса шлифовки зёрен щебня.

Уменьшение макро- и микрошероховатости приводит к ухудшению сцепных

качеств мокрых дорожных покрытий (рис. 7.11).

Рис. 7.11. Снижение сцепных качеств мокрого покрытия и уменьшение

макрошероховатости его поверхности в процессе службы дороги: поверхностная

обработка из щебня размером 20-25 мм (начальная глубина впадин R

нач

= 7,5 мм) на

покрытии из асфальтобетона типа В

Шероховатость поверхности покрытия помогает обеспечить

непосредственный контакт автомобильных шин с поверхностью проезжей

части дороги в случае наличия на ней воды. Вода на проезжей части дороги

появляется во время дождя, при таянии снега, конденсации водяных паров из

воздуха. Достаточно часто во время дождей на покрытии образуется слой

стекающей воды, причем эта вода оказывает на колёса движущихся

автомобилей гидродинамическое подъёмное действие. При определенных

условиях (глубина слоя воды в несколько миллиметров, скорость движения

80 км/ч и более, достаточно изношенный рисунок протектора шин)

гидродинамическое давление способно оторвать колёса автомобиля от

дорожного покрытия. В этом случае автомобиль начинает скользить

передними колесами по слою воды (возникает явление глиссирования колёс

автомобиля, в литературе чаще называемое аквапланированием) и становится

неуправляемым. Единственный способ недопущения этого - с помощью

неровностей шероховатости покрытия уменьшить толщину слоя воды,

оказывающего гидродинамическое давление на колёса автомобиля (толщину

активного слоя). По данным М.В. Немчинова, наименьшая допустимая по

условиям недопущения явления глиссирования автомобилей высота

выступов шероховатости может быть определена из выражения:

= H - h

aкт

+ h

вд

, мм, где[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.17)

- средняя высота выступов макрошероховатости на покрытии, мм;

H - глубина слоя стока на покрытии во время дождя, мм;

aкт

- глубина активного слоя жидкости на покрытии, мм;

вд

- глубина вдавливания выступов шероховатости в резину протектора

автомобильных шин, мм;

H = ([a·L·n]/[30·i

1/2

])

0,6

, где[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.18)

а - интенсивность дождя, мм/мин;

L - длина участка стока воды по покрытию (функция ширины, продольного

и поперечного уклонов проезжей части);

п - коэффициент гидравлической шероховатости поверхности покрытия;

i - уклон стока (функция продольного и поперечного уклонов проезжей

части дороги).

Предельно допустимую по условиям недопущения явления глиссирования

высоту выступов макрошероховатости можно найти, приравняв скорость

движения автомобиля, скорости начала скольжения его шин по слою воды на

покрытии дороги по уравнению:

H = G/k·p·b·V

, где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.19)

G - вертикальная нагрузка (сила) на колесо, передаваемая от автомобиля;

k - коэффициент, учитывающий особенности взаимодействия колеса

автомобиля с плёнкой воды на покрытии дороги (рис. 7.12);

р - плотность воды;

b - ширина беговой дорожки шины;

V - скорость начала скольжения шины.

Рис. 7.12. Значения коэффициента k в формуле (7.19)

Шероховатость поверхности дорожных покрытий оказывает влияние не

только на их сцепные качества. Шероховатость увеличивает уровень

транспортного шума от автомобилей (минимальный уровень шума от

легковых автомобилей наблюдается при глубине впадин шероховатости 1

мм), на уровень вибрации в салоне автомобиля (для отечественных легковых

автомобилей величина вертикальной составляющей виброускорения на

рабочем месте водителя превосходит санитарную норму уже при глубине

впадин более 6 мм - при скорости движения 80 км/ч), благоприятно влияет на

психофизиологическое состояние водителей при поездках по мокрым

дорогам и зимой (при чистой от снега проезжей части). При качении колес

автомобиля неровности шероховатости не увеличивают износ протектора

автомобильных шин. При резком торможении и блокировке колёс

неровности шероховатости не только деформируют резину протектора шин,

но способны вызвать ее повреждение (царапины). Для этого требуются

дополнительные затраты энергии, что, в конечном итоге, способствует

повышению коэффициента сцепления и уменьшению длины тормозного пути

автомобиля.

Многофункциональность неровностей шероховатости на поверхности

дорожных покрытий заставляет нормировать их параметры: минимальную

допустимую глубину впадин макрошероховатости, максимальную высоту

выступов, максимальное расстояние между выступами шероховатости.

Требования к шероховатости дорожных покрытий сформулированы в

отраслевом нормативном документе «Технические указания по устройству

дорожных покрытий с шероховатой поверхностью», первая редакция

которого была опубликована в 1978 г. (ВСН 38-77), вторая в 1990 г. (ВСН 38-

90) (табл. 7.7).

Таблица 7.7

Минимально допустимые (в течение всего срока службы покрытия) значения

коэффициента продольного сцепления и средней глубины впадин шероховатости (ВСН

38-90)

Условия

движения

Коэффициент

сцепления

Средняя глубина впадин макрошероховатости, мм, для дорог в

различных дорожно-климатических зонах

I-V II-IV

Лёгкие 0,28 0,30 (0,60) 0,35 (0,70)

Затрудненные 0.30 0,35 (0,70) 0,40 (0,80)

Опасные 0,32 0,40 0,45

П р и м е ч а н и е . Без скобок приведены значения глубины неровностей макрошероховатости для

шероховатых поверхностей, в скобках - для шипованных.

Начальную макрошероховатость покрытия (т.е. шероховатость в момент сдачи дороги в

эксплуатацию после строительства или ремонта) назначают в зависимости от условий

движения, категории дороги, климатического района и применяемого способа устройства

шероховатости. Во избежание усиления вибрации автомобилей во время движения

расстояние между соседними выступами шероховатости не должно быть более 40 мм.

7.4. Работоспособность и критерии назначения ремонтных работ

Работоспособность дороги - в соответствии с ГОСТ [ 27.002-89

(ГОСТ [ 27.002-89 . Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и

определения. Госстандарт, М., 1990) - определяется как способность системы

выполнять заданные функции и сохранять требуемые транспортно-

эксплуатационные показатели дороги в пределах нормативных допусков.

Автомобильная дорога, дорожные конструкции перестают выполнять

заданные функции в момент, когда они переходят в предельное состояние и

перестают удовлетворять по параметрам и характеристикам возросшим

требованиям движения. Для улучшения состояния дороги необходим

соответствующий комплексный ее ремонт или реконструкция.

Суммарная наработка или объем работы, выполненный автомобильной

дорогой от начала эксплуатации (после строительства, ремонта или

реконструкции) до момента перехода её в предельное состояние,

определяется как РЕСУРС дороги, который может быть выражен любым

количественным показателем (число проходов расчётных автомобилей,

объём перевезённых грузов, продолжительность работы в год и др.).

Нередко понятие ресурса автомобильной дороги подменяется понятием

работоспособность дороги (Дорожная терминология. Справочник. - М.:

Транспорт, 1985) - как количество пропущенных по дороге автомобилей,

измеренных в брутто-тоннах (суммарная масса грузов и транспортных

средств), после которого необходим ремонт или перестройка дороги. При

этом различают полную и частичную работоспособность. Полная - для

дорожной одежды, частичная - для дорожного покрытия.

В общем виде для определения работоспособности (ресурса) предлагается

зависимость, основывающаяся на росте интенсивности движения по

геометрической прогрессии:

[где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.20)

Т - срок службы в годах;

q - показатель роста интенсивности движения (q >1);

- грузонапряжённость на дороге в первый год эксплуатации, млн.

брутто-тонн / год.

Особенности этой зависимости (Телегин М.Я., Корсунский М.Б.,

Зельманович М.С. Работоспособность и межремонтные сроки службы

нежестких дорожных одежд. - М.: Автотрансиздат, 1956. - 167 с.) показаны

на рис. 7.13, которая может быть использована при определении сроков

проведения ремонтных работ. Но при этом надо учитывать, что критерием

назначения ремонта в данном случае является момент достижения

накопленной грузонапряжённости предельно допускаемого значения

(ресурса): Р = {Р}

, где i - индекс используемого ресурса (для дорожной

одежды, покрытия или автомобильной дороги в целом).

Рис. 7.13. График изменения срока службы в зависимости от изменения соотношения Р/В

Подставляя ресурс {Р}

в формулу (7.20), получаем решение для

определения срока службы по критерию грузонапряжённости на дороге:

[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.21)

Использование этого решения для планирования ремонтных работ

возможно при полной обеспеченности финансированием и только при

наличии достоверных данных относительно значений ресурса {Р}

дифференцированных в зависимости от состава движения в транспортном

потоке, категории дороги, конструкции дорожной одежды, погодно-

климатических и грунтово-гидрологических условий.

Практическое значение имеют результаты исследований (Слободчиков

Ю.В. Обоснование оценочных показателей выбора ремонтной стратегии

автомобильных дорог с дорожными одеждами нежёсткого типа в

изменяющихся условиях эксплуатации. - М.: Информавтодор, 1994. - 189 с),

проведённых в период 1970-1990 гг. на автомобильных дорогах Северного

Казахстана II-IV категорий и позволившие увязать количество пропущенных

дорогой брутто-тонн за период эксплуатации «t» с изменением ровности

асфальтобетонного покрытия:

[где[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.22)

S - показатель ровности покрытия по толчкомеру ТХК, установленному на

автомобиле ГАЗ-51, см/км.

При предельно допустимом значении ровности S = S

npед

формула (7.22),

рекомендуется для определения межремонтного срока службы. Формула

справедлива при показателях ровности до 500 см/км, для дорожных

конструкций, характеризующихся эквивалентным модулем упругости 160-

245 МПа и работающих в условиях движения транспортного потока,

включающего:

лёгкие и средние грузовые автомобили - 93 %;

тяжёлые грузовые автомобили - 4 %;

легковые - 3 %.

В условиях полной обеспеченности финансированием и гарантированного

качества производства работ планирование капитального ремонта дорожной

одежды и ремонта дорожного покрытия возможно по критерию

обеспеченности межремонтного срока их службы [5]. Капитальный ремонт

дорожной одежды или ремонт дорожного покрытия планируют и проводят в

момент, когда фактический период эксплуатации «t» в годах от момента

сдачи дороги в эксплуатацию или последнего капитального ремонта

(ремонта) станет равным межремонтному сроку службы [T]: t = [T]

. Однако

более эффективно этот критерий используется для планирования ежегодных

затрат на ремонт дорожных одежд и покрытий на уровне органа управления

дорожным хозяйством. В общем виде требуемый ежегодный объём

выделяемых средств, руб/год

[где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (7.23)

- протяжённость дорог, км (в отдельности для каждой категории дороги

и типа дорожной одежды);

[H]

- норма ежегодных денежных затрат, назначаемая дифференцированно

в зависимости от категории дороги, типа дорожной одежды, вида покрытия и

дорожно-климатической зоны, руб/год.

Для удобства расчётов по формуле (7.23) Росдорнии разработана

вычислительная программа COST, позволяющая на основе действующих

норм межремонтных сроков службы [69, 73] и исходной информации о

протяжённости дорог в регионе, составе и интенсивности движения

транспортного потока прогнозировать изменение несущей способности

дорожных конструкций и состояние дорожных покрытий по скользкости и

определять ежегодную норму денежных затрат и требуемый объём

финансирования для осуществления ремонтных работ по отдельным

управлениям дорог. Наиболее эффективно планирование дорожно-

ремонтных работ осуществляется по результатам диагностики

автомобильных дорог при использовании различных критериев оценки и

улучшения их состояния. Широкое распространение получил критерий

назначения ремонта по обеспеченности основных транспортно-

эксплуатационных показателей [95], характеризующих технический уровень

и эксплуатационное состояние дорог. Ремонт планируют в случае, если один

или несколько показателей перестанут удовлетворять нормативным

требованиям:

по коэффициенту обеспеченности расчётной скорости К

рс

< [К

рс

];

по коэффициенту загрузки дороги движением Z > [Z];

по итоговому коэффициенту аварийности К

> [К

];

по коэффициенту прочности дорожной одежды К

пр

< [К

пр

];

по коэффициенту обеспеченности ровности дорожного покрытия К



> [К



];

по коэффициенту обеспеченности сцепных качеств покрытия К



[

< [К



];

по коэффициенту безопасности движения на пересечениях K

< [K

];

по коэффициенту обеспеченности расчётной грузоподъёмности моста

(путепровода) К

< [К

Метод эффективен при полной обеспеченности финансированием,

поскольку он не определяет приоритеты транспортно-эксплуатационных

показателей и даёт только качественную оценку проведённого ремонта.

Метод не оценивает изменение потребительских качеств дороги, что не

позволяет определить эффективность ремонта по отдельным участкам

автомобильной дороги.

В последние годы метод усовершенствован ГП "Росдорнии" путём

ранжирования транспортно-эксплуатационных показателей по приоритетам,

позволяющим использовать метод и при ограниченных ресурсах

финансирования. Установленные экспертным путём приоритеты в первую

очередь отдают предпочтение показателям, определяющим безопасность

движения, уровень загрузки дороги, прочность дорожных конструкций.

Особое внимание уделяется участкам концентрации дорожно-транспортных

происшествий, выявляемым по предельно допускаемым значениям итогового

коэффициента аварийности [69]. Эффективность работ оценивают по степени

снижения аварийности на автомобильной дороге. При этом приоритет

отдаётся участкам с наибольшим интегральным эффектом (сумма эффекта за

рассматриваемый период за вычетом общей величины единовременных

затрат - чистая прибыль) и с достигнутым эффектом на рубль затрат.

К недостаткам метода можно отнести условность ранжирования

транспортно-эксплуатационных показателей по приоритету и отсутствие

оценки проводимого ремонта по изменению эффективности перевозочного

процесса и потребительских качеств дороги в целом. Указанных недостатков

удается избежать при использовании в качестве критерия назначения

ремонта показателя (коэффициента) обеспеченности расчётной скорости

движения, соответствующего фактическим транспортно-эксплуатационным

показателям и параметрам дороги, установленным в процессе диагностики

дорог. Ремонт проводят в момент, когда один или несколько частных

коэффициентов обеспеченности расчётной скорости движения К

рсj

достигают

предельно допускаемого значения КП

для рассматриваемой категории

дороги.

Использование критерия обеспеченности расчётной скорости позволяет не

только оценить потребность в ремонте, но и автоматически выбрать наиболее

эффективную стратегию ремонта при различных условиях финансирования.

Данный критерий более чувствителен к влиянию воздействующих факторов

и проводимым на дороге ремонтным работам, позволяет, что особенно